Как пользоваться пирометром для измерения температуры

Содержание

У большинства недорогих пирометров коэффициент излучения стоит 0,95 и является постоянной величиной (const) без возможности изменения в самом приборе (пирометре). Поэтому при измерениях температуры различных материалов с отличным коэффициентом излучения нужно учитывать поправки, вычисляя их по формуле с использованием таблиц.

Коэффициенты излучения

Продукты. Как и все органические материалы, пищевые продукты имеют хорошую излучательную способность, и поэтому не возникает никаких проблем при измерении их температуры с помощью пирометра.

Металлы белого цвета. Имеют очень маленький коэффициент излучения в диапазоне от 8 до14 мкм, и поэтому их температуру трудно измерять. Для измерений требуется применение покрытий, увеличивающих излучательную способность, например: краска, масляная пленка.

Оксиды металлов. В данной группе не существует постоянных показателей. Коэффициент излучения находится между 0.3 и 0.9 мкм и он сильно зависит от длины волны. Для точного определения температуры необходимо выбрать коэффициент излучения объекта. Его можно определить по таблице коэффициентов излучения, которая находиться в конце инструкции по использованию пирометра, либо посредством сравнительного измерения контактным термометром (т.е. меняя коэффициент излучения, заложенный в пирометр до совпадения с показателями контактного термометра). В противном случае можно применять покрытия с известным коэффициентом излучения.

Светлые неметаллы / темные неметаллы / пластик / продукты. Такие объекты, как белая бумага, керамика, гипс, древесина, резина, темная древесина, камень, темные краски, обладают коэффициентом излучения приблизительно 0.95 при длине волны выше 8 мкм. Большинство органических материалов обладают коэффициентом излучения приблизительно 0.95, поэтому в основном в пирометрах устанавливается именно эта величина по умолчанию (const).

Несколько примеров влияние на результаты измерений

Пример 1:Объект измерения (полуфабрикаты, Т= -22 °С) Коэффициент излучения = 0.92. Измерение производится при температуре окружающей среды +22 °С. Предварительно установленный коэффициент излучения 0.95. Показания ИК измерительного прибора: -21 °С, т.е. температура, отображенная на дисплее прибора, некорректна на 1 °С. Погрешность незначительная.

Пример 2: Объект измерения (окисленный латунный лист, Т= +200 °С) Коэффициент излучения = 0.62.Измерение проводится при температуре окружающей среды +22 °С. Предварительно установленный коэффициент излучения 0.70. Пирометр показывает температуру+188 °С. Погрешность уже значительная и может привести к браку.

Для чего нужен пирометр и как правильно измерять им температуру

ИТОГ: Чем больше разница между температурой объекта измерения и температурой окружающей среды и меньше коэффициент излучения, тем больше ошибок измерения в случае неправильного значения коэффициента излучения.

При температурах выше температуры окружающей среды:

Если установлен слишком высокий коэффициент излучения, отображаемая температура измерения будет слишком низкой.
Если установлен слишком низкий коэффициент излучения, отображаемая температура измерения будет слишком высокой.

При низких температурах ниже температуры окружающей среды

Если установлен слишком высокий коэффициент излучения, отображаемая температура измерения будет слишком низкой.
Если установлен слишком низкий коэффициент излучения, отображаемая температура измерения будет слишком высокой.

Таблица коэффициентов излучения основных материалов

Температура, °С

Коэффициент излучения

Алюминий, светлый листовой

Чем отличается пирометр от термометра?

Данное устройство, как и термометр, предназначено для измерения температуры. Но оно отличается тем, что способно:

выполнять поставленную задачу в более широком температурном диапазоне (от -50 до +3000 градусов по Цельсию);
выдавать результат за промежуток времени от 0,5 до 1,5 секунды (у термометра отклик фиксируется спустя 1-10 минут);
более точно определять уровень нагрева, допуская погрешность в границах от 0,1 до 0,2 градуса (у термометра – до 2 градусов).

Как пользоваться пирометром для измерения температуры?

О том, как правильно измерить температуру, используя данный прибор, написано в подробной инструкции. Необходимо четко следовать несложным правилам эксплуатации, иначе можно получить искаженную информацию о степени нагрева исследуемой поверхности.

Этапы измерения пирометром уровня нагревания предметов:

включение;
направление раструба на исследуемый материал;
определение при помощи лазерной указки границ измеряемого пятна.

На экране активированного аппарата появляются температурные значения. Есть ряд моделей с возможностью запоминания полученной информации, в остальных устройствахпосле каждого измерения значения сменяются новыми показателями.

Прибор отличается простотой применения. Это позволяет широко использовать его для измерений при проектировании, монтаже автономных отопительных систем, а также с его помощью решать бытовые задачи.

Как правильно измерять температуру ИК-сенсором

В данной статье мы не будем описывать физику процесса измерения температуры при помощи инфракрасного сенсора. Эту информацию можно почерпнуть из учебников. Наша задача предостеречь вас от типичных ошибок, которые можно совершить при измерении температуры пирометрическим способом.

К сожалению, тезис о том, что для измерения температуры какого-либо тела достаточно направить на него пирометр и просто нажать на кнопку — не совсем верный. Результат измерения может оказаться настолько далёким от истинного значения, что проще было бы прикоснуться к поверхности рукой и примерно определить температуру.

Для пирометрии есть определённая область применения, где преимущества ИК способа неоспоримы. Это объекты под напряжением, движущиеся и вращающиеся компоненты, предметы небольших размеров и объекты с низкими значениями теплоёмкости и теплопроводности. В последнем случае малопригодны контактные измерения, т.к. зонд датчика изменяет температурное поле контролируемого объекта, полученные значения являются слишком заниженными, а время измерения – чересчур велико. ИК метод измерения – неинерционный, а значит можно контролировать температуру при быстропротекающих процессах, температуру движущегося конвейера и т.д. ИК метод — бесконтактный, а значит можно сохранять стерильность продукта при контроле.

Однако если вы будете измерять температуру металлов, их окислов, жидкостей, то можете получить очень большую ошибку. Почему?

Дело в том, чувствительный элемент ИК сенсора (пирометра) регистрирует общий уровень излучения, приходящий от области контроля. Данное суммарное излучение состоит из трёх составляющих: излучение контролируемого объекта, напрямую связанное с его температурой, внешнее излучение, отражённое от объекта, внешнее излучение, прошедшее через контролируемый объект (фактор прохождения). Если две последние составляющие равны нулю, то мы имеем идеальное для ИК термометрии тело — чёрное тело, имеющее коэффициент излучения равный 1,0. Реальные тела имеют коэффициент излучения меньше 1,0.

У наиболее распространённых недорогих пирометров установлен фиксированный коэффициент излучения равный 0,95. Они предназначены для контроля температуры таких объектов, как бумага, керамика, дерево, тёмные эмали и краски, большинство пищевых продуктов, коэффициент излучения которых при длине волны более 8 мкм как раз приблизительно равен 0,95. Это так называемые серые излучатели. Точность измерения температуры таких объектов ИК термометром достаточно высокая.

Как металлы, так и их оксиды, особенно светлых цветов имеют низкое значение коэффициента излучения в пределах 0,3…0,9. Данный коэффициент также очень сильно зависит от качества обработки контролируемой поверхности, а также её температуры (цветные излучатели). Поэтому перед проведением измерений необходимо узнать коэффициент излучения для конкретного материала для контролируемого диапазона температуры. Сделать это можно контактным термометром. Естественно, что для работы с такими объектами необходимо иметь более дорогие пирометры с настраиваемым коэффициентом излучения. Для контроля температуры поверхности таких материалов можно предварительно закрыть место контроля плёнкой, имеющей коэффициент излучения близкий к 0,95.

Часто у потребителей возникает вопрос, влияет ли цвет на коэффициент излучения. Практически не влияет, т.к. большинство пирометров работает в области спектра 8…14 мкм, далёком от видимого излучения.

О влиянии температуры окружающей среды

Перед проведением процесса измерения пирометр необходимо выдержать при температуре окружающей среды. Дело в том, что как и измеритель, работающий с термопарой, пирометр измеряет два сигнала: уровень излучения от контролируемого объекта с учётом коэффициента излучения и уровень фонового излучения, определяемого температурой окружающей среды. Если, например, вы захотели зимой при -40 С померить температуру железнодорожных букс пирометром, имеющим диапазон температуры эксплуатации от 0 С, вытащив его на время из тёплого футляра, то вы получите очень большую ошибку в измерении.

Если вы используете стационарный датчик ИК, то его необходимо установить так, чтобы с одной стороны область контроля не была больше, чем размер контролируемого объекта, с другой стороны, чтобы контролируемый объект за счёт теплового излучения не нагревал датчик. Иногда сделать это довольно сложно. Приходится прибегать к таким приёмам, как принудительное охлаждение датчика сжатым воздухом или водой.

Измерение температуры расплава металла. Обычно расплав металла покрыт шлаком. В этом случае пирометр будет измерять температуру шлака и вы получите заниженные показания.

Применение ИК датчика в электрике. Контролируйте температуру пластмассовых частей: корпусов приборов, изолированных кабелей, а не наконечников, металлических контактов, проводов и т.д.! Иначе вы получите сильно заниженные данные.

Коэффициенты излучения некоторых материалов

Искренне Ваш,
дядя Метролог Метрологович

Принцип работы

В основе функционирования прибора лежат принципы теплового излучения. Согласно закону Макса Карла Эрнста Людвига Планка, тело излучает тепло пропорционально его температуре. Таким образом, измеряя ИК-излучение объекта, удастся вычислить его температуру. Нужно отметить, что каждый объект имеет свой коэффициент эмиссии, который определяет, какую часть он излучает при определённой температуре. Этот коэффициент учитывается при расчёте.

Теперь подробнее разберёмся, как работает пирометр, с учётом этих знаний:

Все объекты в мире излучают в ИК-диапазоне, видимое только для специальных приборов. Чем они горячее, тем больше излучают.
При активации пирометр посылает луч к объекту, которого мы хотим измерить.
Когда луч попадает на горячую поверхность, то интенсивность излучения возрастает, а прибор это замечает. Если объект холоднее, то интенсивность снижается.
Детектор прибора замечает, сколько ИК-света излучает объект, затем его электроника проводит математические вычисления

В действительности у современного пирометра принцип действия прост, и оператору несложно им воспользоваться. Например, если нужно узнать температуру чашки горячего чая, не прикасаясь к ней, то достаточно взять пирометр, направить его луч на чашку, и прибор её покажет.

Важно помнить, что пирометр — прибор для измерения температурных параметров на поверхности объекта, а не внутри него. Он очень полезен во многих сферах, где нужно быстро и точно измерить термические характеристики, избегая прямого контакта с объектом.

Как правильно пользоваться пирометром

Когда мы разобрались, как устроен пирометр и как работает, попробуем применять знания на практике. За основу мы возьмём модель Benetech GT950.

Пользоваться им просто:

Подготовка прибора: Убедитесь, что батарейки в приборе заряжены или установлены новые, чтобы обеспечить корректное функционирование. Включите его, нажав кнопку питания. Она находится на корпусе.
Установка единиц измерения: Многие модели позволяют выбирать между градусами Цельсия (°C) или Фаренгейта (°F). Если это необходимо, установите желаемую единицу с помощью кнопки настройки.
Наведение на объект: Наведите оптическую часть (окно с лазерной мишенью) на поверхность анализируемого объекта. Лазер поможет вам точно прицелиться.
Измерение: Нажмите кнопку в виде спусковой скобы, которая находится на лицевой панели. В момент нажатия, пирометр начнёт излучать ИК-лазерный луч на объект, считывая излучение.
Чтение результата: Результат будет отображаться на экране прибора. Это может быть число с указанием единиц (например, «35.7°C» или «96.5°F»). Таким образом, вы увидите текущую температуру измеряемой поверхности.
Завершение работы: Если необходимо провести несколько замеров, просто направьте прибор на новый объект, затем повторите процедуру.
Выключение прибора: После завершения работы выключите пирометр, чтобы экономить заряд встроенного аккумулятора или батарей. Также в нём предусмотрено автоотключение — если долго не использовать прибор, он отключится самостоятельно.

Этот ИК-прибор значительно упростил задачу термоконтроля во многих сферах. Именно с ним проверка температуры стала быстрым, безопасным и удобным процессом, особенно измерения горячих или труднодоступных объектов.

Полезные советы

Работа с измерителем будет лёгкой и точной при соблюдении ряда советов. Вот некоторые рекомендации по использованию:

Убедитесь, что батарея заряжена или замените её перед использованием.
При измерении выбирайте наиболее репрезентативную область поверхности объекта, которую вы хотите измерить.
Помните, что температура измеряется только на поверхности, а не внутренней части объекта.
Держитесь на нужном расстоянии от измеряемого объекта, в соответствии с характеристиками используемой модели.
Убедитесь, что лазерный указатель (если он есть) или измерительный прицел направлены точно на цель.
Учтите, что разные материалы имеют разные коэффициенты эмиссии. Не забывайте про его настройку для минимизации погрешности.
Избегайте направления лазерного луча в глаза, чтобы не допустить повреждения зрения.
При работе с высокотемпературными объектами носите защитные очки и одежду.
Учитывайте факторы, которые способны повлиять на точность, такие как атмосферные условия, пыль, пар, а также другие загрязнители.
Периодически калибруйте прибор с помощью эталонных источников температуры или контрольных (поверочных) приборов.
Если вам необходимо сохранить данные измерений, заведите журнал или используйте мобильное приложение для записи результатов.

Важно следовать инструкциям производителя, разработанным для конкретной модели. С правильным подходом при внимательности к деталям, ИК-пирометр станет надёжным инструментом, который может измерять температуру в разных областях, от промышленных процессов до домашних задач.

Критерии выбора

При выборе нужного устройства потребуется учитывать несколько критериев, чтобы он соответствовал конкретным требованиям и задачам. Рассмотрим некоторые модели пирометров и разберёмся, как выбрать нужный прибор в зависимости от решаемой задачи:

Диапазон измерения температуры. Разными моделями поддерживаются различные диапазоны. Например, если часто приходится измерять высокие температуры, выбирайте приборы, способные работать в более широком диапазоне. В данном случае Benetech GT950 станет достойным выбором, так как он измеряет до +950°C.
Точность измерения. Это важный параметр, особенно в научных и промышленных задачах. Benetech GM550 или GM320 обладают достаточной точностью, что делает их подходящими для высокоточных задач.
Скорость измерения. Некоторые устройства работают быстрее. Если нужно проводить много измерений за минимальное время, учитывайте скорость работы прибора.
Дополнительные функции. Подумайте о дополнительных функциях, которые могут пригодиться в вашей работе. Например, Wintact WT900 оборудован ЖК-дисплеем 1,9″ с подсветкой для удобства чтения результатов.
Расстояние измерения. Учитывайте максимальное расстояние, которое поддерживается прибором для дистанционного измерения температуры.
Цена и бюджет. Важно учесть ваш бюджет. Возможно, придётся балансировать между характеристиками и стоимостью. Например, Benetech GM320 — неплохая и недорогая модель начального уровня, подходящая для множества задач.
Области применения. Например, если нужен прибор для среднетемпературных измерений до 600°C, ANENG TH01B станет неплохим вариантом.

Выбор зависит от задачи и сферы, в которой будет применяться бесконтактный термометр. Убедитесь, что выбранный прибор соответствует параметрам и требованиям вашей работы или исследования.

В этой статье мы разобрались с устройством пирометра: поняли, что это такое, и для каких задач он применим. Мы узнали, что измеряют пирометром, как именно это делается и на чём основывается метод работы этого устройства для бесконтактного измерения температуры.

Разновидности инфракрасных термометров

Пирометры классифицируются по нескольким критериям.

По принципу устройства:

Оптические. Работают в диапазоне невидимых ИК-лучей и видимого света. Принцип действия основан на сопоставлении яркостей рассматриваемого объекта и нити накаливания (входящей в комплектацию устройства). Кроме нее в конструкцию оптического измерителя входит объектив (принимающий луч света), светофильтр (создающий монохроматический свет), милливольтметр (определяющий температуру исследуемых объектов), реостат (регулирующий накал нити) и др.
Инфракрасные. Используют радиационный формат для ограниченного промежутка ИК-излучения. Радиометры улавливают и фокусируют тепловые лучи с помощью специального чувствительного модуля. В комплектацию инфракрасных девайсов входит объектив, светофильтр, диафрагма, милливольтметр, медный кожух, лампа, окуляр, лазерный прицел и др. Четкость картинки достигается калибровкой окуляра. Светофильтр – защищает глаза от яркого света.

По способу передвижения:

Мобильные. Применяются в быту, а также на промышленных и коммерческих объектах, где требуется мобильность измерений. Для определения температуры тела чаще всего используются именно переносные ИК-термометры.
Стационарные. Применяются в тяжелой промышленности, где необходим неотрывный контроль над производственными процессами: литьем металлов, изготовлением пластиковых конструкций и т.п. Стационарные девайсы устанавливают в труднодоступных или опасных местах, где нет возможности использовать переносные ИК-градусники.

По температурному диапазону:

Низкотемпературные. Используются для мониторинга состояния замороженных предметов.
Высокотемпературные. Служат для исследования высоко нагретых элементов (выше +400°С).

Как выбрать пирометр?

Приобретаемый девайс должен соответствовать задачам, которые вы перед ним ставите.

Оценить соответствие помогут его технические параметры:

Оптическое разрешение. Этот параметр характеризует площадь рассматриваемого объекта. Для использования в бытовых условиях подойдут модели с разрешением от 2:1 до 10:1. Для промышленных нужд потребуются приборы с более высоким разрешением, от 100:1 до 600:1.
Температурный диапазон. Зависит от рабочих характеристик индикатора устройства. Стандартный диапазон – от -30 до +400 градусов. ИК-градусники медицинского класса могут иметь люфт от 0 до +50°С. Для контроля сталелитейных процессов потребуется пирометр с верхней границей выше +400°С. Для бытовых нужд подойдет модель с минимальным диапазоном.
Точность. Разные модели предполагают разный предел погрешности при измерениях. Отчасти он зависит от правильности калибровки девайса. Рабочее значение точности пирометров составляет 2%. Однако для медицинских или производственных целей может потребоваться модель с более высокой точностью замеров.
Коэффициент эмиссии. Данный параметр соответствует виду материала, на который настроен прибор. Некоторые модели имеют изменяемый (с помощью настроек) коэффициент эмиссии, они годятся для измерения температуры любых материалов – от воды до стали.

Как правильно измерять температуру ИК-сенсором

О влиянии температуры окружающей среды

Коэффициенты излучения некоторых материалов

Искренне Ваш,
дядя Метролог Метрологович

Как правильно настроить инфракрасный пирометр

Правильность данных, полученных при проведении измерений инфракрасными пирометрами, зависит от соблюдения рекомендаций по установке настроек прибора. Производители разработали чёткие инструкции, позволяющие оптимизировать работу устройства посредством рационального использования функций. Настройка коэффициента теплового излучения Одним из основных показателей считается коэффициент теплового излучения, устанавливаемый пользователем. Чтобы предельно повысить точность измерений, следует установить показатель, который наиболее характерен для определённого материала с учётом степени шероховатости его поверхности. Обычно значения коэффициента указывают в специальной таблице, прилагаемой к инструкции прибора. Например, для алюминия этот показатель варьируется в пределах 0,008-0,062, а у бетона он 0,92. Внимание! Технически выбрать нужный коэффициент, надо нажатием соответствующей кнопки, а затем его следует сохранить. Коэффициент излучения (коэффициент эмиссии) настраивается в диапазоне 0.1 – 1.0. Выбор режима работы Требуется учитывать наличие у прибора нескольких режимов работы, которыми следует пользоваться с учётом условий проведения измерений. Традиционно пирометры могут работать в следующих режимах:

HAL – верхний предел температурных значений;
AVG – вычисление средних температурных значений;
DIF – разница между самыми низкими и высокими температурами;
MAX – максимальные температурные значения;
LAL – нижний порог температурных значений;
MIN – минимальные температурные значения.

Внимание! Выбор нужного режима позволит использовать пирометр в соответствии с необходимыми условиями измерений. Переключение между режимами осуществляется кнопкой MODE, для чего её нажимают дважды.

Дополнительные настройки

Чтобы получить искомые данные в нужном формате, следует выбрать соответствующие единицы измерения. Необходимо для этого открыть отсек, в котором находятся батарейки, и переключить выключатель в положение, отмеченное аббревиатурой C/F. Пользователь по своему усмотрению может отключать подсветку дисплея или лазерный указатель, который включаются автоматически при запуске пирометра. Для проведения измерений нажимают спусковой рычаг.

Информация о текущей измеряемой температуре будет отображаться на дисплее. Для именения настроек прибора, необходимо перевести пирометр в режим конфигурированичяч и нажать кнопку «Вниз» или «Вверх», чтобы произвести настройку коэффициента излучения. Также с её помощью активируется или деактивируется режимы LAL или HAL. Пороговые значения можно регулировать в пределах — 50 до 550°C.

Порядок настройки пирометра

Алгоритм настройки пирометра будет следующим:

включение прибора и переход в состояние конфигурирования;
выставление верхнего порогового значения температурного режима;
включение звукового сигнала, который будет информировать о превышении порогового значения;
установление нижнего порогового значения температур.

Настройка коэффициента теплового излучения и сопутствующих служебных параметров, а также оптимального для условий измерения режима, позволит провести процедуру с максимальной точностью. Обязательно рекомендуется пользоваться таблицами коэффициентов, в которых представлен широкий перечень материалов промышленного производства с разным тепловым излучением.